利用重力梯度力矩來(lái)穩(wěn)定航天器空間姿態(tài)的技術(shù)。繞地球運(yùn)行的航天器各部分質(zhì)量所受到的不相等引力等因素所產(chǎn)生的力矩稱(chēng)為重力梯度力矩。重力梯度穩(wěn)定系統(tǒng)能使航天器的縱軸指向地心。重力梯度穩(wěn)定技術(shù)在60年代得到了廣泛應(yīng)用,特別是用于導(dǎo)航衛(wèi)星。圖1是一顆具有鉸鏈?zhǔn)缴煺箺U的重力梯度穩(wěn)定衛(wèi)星。
重力梯度穩(wěn)定系統(tǒng)主要由伸展結(jié)構(gòu)(重力桿)和阻尼器組成。伸展結(jié)構(gòu)是一根或數(shù)根在末端帶有質(zhì)量的可伸展的桿。航天器入軌后伸出重力桿,可使航天器各軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量之差達(dá)到幾十倍甚至百倍以上。重力梯度力矩的大小除與軌道高度和形狀有關(guān)外,還與航天器各軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量之差有關(guān)。各軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量差別越大,姿態(tài)穩(wěn)定越好。最小慣量軸穩(wěn)定在當(dāng)?shù)劂U垂線方向,最大慣量軸穩(wěn)定在軌道平面的法線(俯仰軸)方向。這個(gè)狀態(tài)就是重力梯度衛(wèi)星的穩(wěn)定的平衡姿態(tài)。
重力梯度力矩雖然可以穩(wěn)定航天器的姿態(tài),但是它會(huì)使航天器像一個(gè)單擺那樣繞最大慣量軸不停地?cái)[動(dòng)。這種周期性的擺動(dòng)稱(chēng)為天平動(dòng)。為了提高指向精度,必須對(duì)天平動(dòng)進(jìn)行阻尼。通常采用不需要外部能源的被動(dòng)天平動(dòng)阻尼器。這種阻尼器利用航天器在擺動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的諸如機(jī)械滯后、磁滯、渦流、粘性摩擦等作用來(lái)消耗擺動(dòng)的動(dòng)量,以達(dá)到阻尼的目的。
重力梯度力矩很小,在設(shè)計(jì)重力梯度穩(wěn)定的航天器時(shí),應(yīng)該消除和限制其他擾動(dòng)力矩源。重力梯度穩(wěn)定衛(wèi)星的最佳軌道高度約為1000公里,而且要求采用圓軌道或者偏心率很小的軌道。
重力梯度穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)是不消耗能量,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、可靠,適合于長(zhǎng)期運(yùn)行,然而指向精度較低,一般只能達(dá)到1°~5°。
重力梯度姿態(tài)穩(wěn)定的原理也適用于繞其他天體運(yùn)行的人造衛(wèi)星。例如1973年發(fā)射的“射電天文探險(xiǎn)者”2號(hào)就是一顆繞月球軌道運(yùn)行的重力梯度穩(wěn)定衛(wèi)星。
現(xiàn)代單純采用重力梯度穩(wěn)定的航天器已經(jīng)不多,主要原因是指向精度不高。提高伸展結(jié)構(gòu)的剛度和直度是提高重力梯度穩(wěn)定衛(wèi)星指向精度的主要途徑。重力梯度力矩幾乎對(duì)所有的衛(wèi)星都有影響,若不把它用作穩(wěn)定力矩,就必然成為擾動(dòng)力矩。
壓力梯度指沿流體流動(dòng)方向,單位路程長(zhǎng)度上的壓力變化,單位深度常用值為 100 m。壓力梯度指沿流體流動(dòng)方向,單位路程長(zhǎng)度上的壓力變化??捎迷隽啃问健鱌/△L或微分形式dP/dL表示,式中P為壓力;L為...
啟動(dòng)壓力梯度是指:流體在低滲透油藏中滲流時(shí)必須有一個(gè)附加的壓力梯度克服巖石表面吸附膜或水化膜引起的阻力才能流動(dòng),該附加壓力梯度稱(chēng)為啟動(dòng)壓力梯度。滲流流體由體相流體和邊界流體兩部分組成。體相流體是指其性...
1、水力梯度:沿滲透途徑水頭損失與滲透途徑長(zhǎng)度的比值;2、起始水力梯度:為了克服薄膜水的抗剪強(qiáng)度(或者說(shuō)為了克服吸著水的粘滯阻力),使之發(fā)生流動(dòng)所必須具有的臨界水力梯度;3、從水力梯度的定義可以知道,...
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以12mm厚意楊Populus deltoids板材為試材,在1MPa,100℃和2~5min條件下,實(shí)施橫向熱壓密實(shí)試驗(yàn),采用剖面密度梯度(VDP)測(cè)試儀獲取了密實(shí)后速生楊木鋸材的斷面密度分布,并利用建立的"密度-壓縮率"轉(zhuǎn)換公式,轉(zhuǎn)換為壓縮率數(shù)據(jù),從而實(shí)現(xiàn)了木材斷面壓縮率的準(zhǔn)連續(xù)定量和定位。結(jié)果表明:①VDP技術(shù)可以準(zhǔn)確定量密實(shí)后木材各厚度微層的壓縮率;②意楊木材斷面壓縮率分布與剖面密度梯度類(lèi)似,呈現(xiàn)表高芯低的寬"V"形;在試驗(yàn)工藝條件下,表層約50%厚度受到不同程度的壓縮,最大壓縮率達(dá)到34%~37%,而芯層未受到顯著壓縮。
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考慮起始水力梯度時(shí)雙層地基的一維固結(jié)——文章針對(duì)雙層飽和粘土地基,建立了考慮起始水力梯度的一維固結(jié)方程,并用有限差分法求解。計(jì)算結(jié)果表明,只要起始水力梯度大于零,地基的固結(jié)速率就慢于Terzaghi固結(jié)理論,而且當(dāng)主固結(jié)完成時(shí),土層中存在一定的殘余孔...
零漂改正是指為了克服傳統(tǒng)陸地重力梯度測(cè)量方法的不足,提出了利用兩臺(tái)或多臺(tái)具有電子讀數(shù)的相對(duì)重力儀測(cè)量重力梯度的同步觀測(cè)方法和相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理模型,該方法無(wú)需進(jìn)行固體潮改正和零漂改正而直接求解重力差,垂直重力梯度實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了該方法的有效性。
重力梯度是重力位的二階導(dǎo)數(shù),反映了地球重力場(chǎng)在全空間的變化率和水準(zhǔn)面的曲率,具有比重力本身更高的分辨率,能夠更好地反映場(chǎng)源體的細(xì)節(jié)和探測(cè)地下物質(zhì)的分布及界面起伏等。重力垂直梯度是重力梯度張量中最重要的分量,主要應(yīng)用于反演近地表異常物體、推求地球內(nèi)部重力。
空間太陽(yáng)能電站是解決未來(lái)能源、環(huán)境和空間安全問(wèn)題的重要途徑,其千米量級(jí)尺寸的“超大”和“高柔性”特征給在軌動(dòng)力學(xué)和控制帶來(lái)了新問(wèn)題、新特性和新挑戰(zhàn)。本項(xiàng)目以此為背景開(kāi)展超大柔性空間結(jié)構(gòu)在軌動(dòng)力學(xué)建模、計(jì)算、響應(yīng)特性分析和振動(dòng)控制研究。首先充分考慮重力梯度、太陽(yáng)光壓和熱輻射等環(huán)境干擾、軌道偏心率和結(jié)構(gòu)大變形的影響,基于Lagrange變分原理分層次地建立起體現(xiàn)力學(xué)結(jié)構(gòu)基本特征的“柱、梁、板、殼”等超大柔性空間結(jié)構(gòu)的在軌動(dòng)力學(xué)模型;然后基于變分積分法構(gòu)造高精度保辛數(shù)值算法,研究超大柔性空間結(jié)構(gòu)在軌動(dòng)力學(xué)響應(yīng)新特性以及結(jié)構(gòu)振動(dòng)、姿態(tài)運(yùn)動(dòng)和軌道運(yùn)動(dòng)的耦合機(jī)理;最后根據(jù)響應(yīng)特性和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)發(fā)展時(shí)變參數(shù)的在線估計(jì)方法,設(shè)計(jì)超大柔性空間結(jié)構(gòu)振動(dòng)的自適應(yīng)魯棒H∞控制系統(tǒng)。本項(xiàng)目的實(shí)施將為超大柔性空間結(jié)構(gòu)在軌動(dòng)力學(xué)和控制建立新模型、發(fā)展新方法、揭示新特性,為我國(guó)空間太陽(yáng)能電站技術(shù)提供必要的技術(shù)儲(chǔ)備和支撐。
航天器低頻微幅振動(dòng)是影響空間高分辨率對(duì)地成像、重力梯度測(cè)量以及空間微重力試驗(yàn)的首要因素。受作用機(jī)理限制,被動(dòng)及接觸式主動(dòng)控制方法已被證實(shí)無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)此類(lèi)微振動(dòng)的有效隔離,基于磁懸浮原理的非接觸隔振技術(shù)成為解決該問(wèn)題的優(yōu)選。本項(xiàng)目針對(duì)國(guó)內(nèi)外對(duì)空間微振動(dòng)磁浮隔離系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法、多源擾動(dòng)行為和高保真動(dòng)力學(xué)建模等研究不足的現(xiàn)狀,通過(guò)建立隔振系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法體系,探索全參數(shù)非線性動(dòng)力學(xué)建模、多閉環(huán)控制策略和微振動(dòng)地面模擬方法,突破空間環(huán)境下磁懸浮多維隔振系統(tǒng)的機(jī)-電-磁-熱耦合設(shè)計(jì)、磁懸浮微振動(dòng)隔離系統(tǒng)的多源擾動(dòng)力學(xué)行為及機(jī)理等關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題,將主動(dòng)控制后的0.1-100Hz空間微振動(dòng)幅值降低至10μg水平。本項(xiàng)目取得的成果將推動(dòng)我國(guó)空間微振動(dòng)主動(dòng)隔振技術(shù)的發(fā)展,為其在航天工程中的應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。